探究本地地磁場(chǎng)的教案設計
探究式教學(xué)是“以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì )話(huà)等學(xué)習環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng )精神，最終達到使學(xué)生有效地實(shí)現對當前所學(xué)知識的意義建構的目的”;強調學(xué)生對知識的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現和對所學(xué)知識意義的主動(dòng)建構。探究式教學(xué)符合新形勢下的教學(xué)理念、素質(zhì)教育的創(chuàng )新精神，已廣泛地受到各位教育同仁的認可和重視。
在學(xué)習《電磁感應》后，我們確定了“探究本地地磁場(chǎng)”的課題，在探究式教學(xué)上做了一些有益的嘗試。下面就這次活動(dòng)做一簡(jiǎn)單回顧，同時(shí)也希望各位同行給以指正。
確定課題：
我們在“電磁感應現象”這一節備課時(shí)，就想到了這一個(gè)問(wèn)題：有哪些方式可以實(shí)現磁生電?而為實(shí)現這個(gè)目的，在很大程度上取決于磁場(chǎng)提供的方式;而磁場(chǎng)提供方式常見(jiàn)的有磁體和電流的磁場(chǎng)。但我們在查閱資料時(shí)，發(fā)現有教師利用地磁場(chǎng)來(lái)研究電磁感應現象的方法。隨后，我們就進(jìn)行了實(shí)驗，用導線(xiàn)做繩讓學(xué)生集體做跳繩的游戲，用靈敏電流計檢測出在跳繩時(shí)導線(xiàn)中確實(shí)有電流產(chǎn)生。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗不僅讓學(xué)生大開(kāi)了眼界，也增添了不少樂(lè )趣，這個(gè)實(shí)驗給我們留下了深刻印象。
做完以上實(shí)驗后，有教師就提出：能不能測出本地的地磁場(chǎng)的強弱呢?當時(shí)我們就想到這肯定比較難，我們查閱了很多資料后發(fā)現在現今的中學(xué)物理中幾乎沒(méi)人涉足這一問(wèn)題，我們在準備放棄時(shí)忽然意識到這是一個(gè)很好的探究課題。特別是探究式教學(xué)中的“重過(guò)程輕結果”及讓學(xué)生體會(huì )探究的科學(xué)過(guò)程的意義遠勝于知識灌輸的觀(guān)念大大激發(fā)和鼓勵了我們，于是我們決定把地磁場(chǎng)作為高二學(xué)生在學(xué)完《電磁感應》后的一個(gè)探究課題，并且還決定不要求結果有多準確，關(guān)鍵要學(xué)生好好體會(huì )一下探究的方法和在探究過(guò)程中科學(xué)素養的培養。當即我們確定如下目標：
1.通過(guò)探究讓學(xué)生感受、認識地磁場(chǎng);
2.通過(guò)對本地地磁場(chǎng)的磁感強度測量，培養學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗，解決實(shí)際問(wèn)題及綜合應用能力;
3.提高學(xué)生對磁場(chǎng)，電磁感應、運動(dòng)學(xué)知識的理解能力;
4.培養學(xué)生的創(chuàng )新精神和探究思想;
5.通過(guò)對地磁場(chǎng)的探索過(guò)程，培養學(xué)生學(xué)習物理的興趣，以及對物理實(shí)驗的自覺(jué)性。
準備階段：
提前一周要求學(xué)生在圖書(shū)館或英特網(wǎng)上搜集有關(guān)地磁場(chǎng)的資料，以了解地磁場(chǎng)的特點(diǎn)、狀況和分布;并查出本地(湖北興山)具體所處位置。
探究階段：
一、認識地磁場(chǎng)
由各小組同學(xué)選派一名代表將所搜集并整理好的資料通過(guò)投影儀或幻燈片展示給大家。搜集資料歸納如下：
�、诺卮艌�(chǎng)相當于一個(gè)巨大的條形磁體，它的北極在地理南極、南極在地理北極;另外，地磁的南北極與地理的南北極不在同一直線(xiàn)上而有一定的偏角，叫磁偏角。
�、圃诘乩砟蠘O地磁場(chǎng)方向豎直向上，地理北極處是豎直向下的，赤道處是由南向北的水平方向，南半球由南向北但斜向上方，北半球由南向北但斜向下方。
二、認識本地地磁場(chǎng)
我們的家鄉湖北興山地處東經(jīng)：110.46°、北緯：31.14°。因此我們家鄉的地磁場(chǎng)是斜向下方的。
三、本地地磁場(chǎng)的測量方法及原理
問(wèn)1：如何測出本地地磁場(chǎng)的.磁感強度?
答：只要我們能測量出地磁場(chǎng)的水平分量和豎直分量，然后利用平行四邊形定則就可以算出地磁場(chǎng)的大小和方向。如圖1所示。
問(wèn)2：那么怎樣才能測出地磁場(chǎng)的水平分量和豎直分量呢?
(學(xué)生討論并回答)
讓一段金屬導體沿水平方向做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，并在這段導體兩端連上靈敏電流計，從靈敏電流計上讀出感應電流的大小，利用閉合電路歐姆定律和法拉第電磁感應定律就可將地磁場(chǎng)的豎直分量計算出來(lái)。
原理：I=E/R=BLv/R B=IR/Lv
問(wèn)3：這種方法可行嗎?(學(xué)生討論)
雖然原理是可行的，但實(shí)際操作卻很難做到，因為勻速直線(xiàn)是一種理想的運動(dòng)，實(shí)際操作中很難做到。
問(wèn)4：那如何改進(jìn)呢?
只要記錄下金屬導體運動(dòng)的最大速度，和電流計的最大電流值可以，因為它們是一一對應的。
問(wèn)5：如何記錄下最大速度呢?又怎么讓這段導體運動(dòng)起來(lái)呢?
學(xué)生經(jīng)討論得到以下方法：
讓學(xué)生拿著(zhù)導體棒向前跑動(dòng)(但不易測出速度來(lái));電動(dòng)機帶動(dòng)(也不容易測出速度來(lái));放在摩托車(chē)上(速度可以由速度表上讀出最大速度)。
問(wèn)6：摩托車(chē)應該向哪個(gè)方向運動(dòng)呢?(學(xué)生討論)
可以向任何方向運動(dòng)只要保證導體棒是水平的及摩托車(chē)是水平運動(dòng)的就行了!
問(wèn)7：那我們又如何測出地磁場(chǎng)的水平分量?
受剛才的啟發(fā)，我們可以讓一金屬導體沿水平方向做自由落體運動(dòng)，測出它的高度，記下電流計的最大電流，那么這個(gè)電流和落地時(shí)的速度相對應，從而就可以算出地磁場(chǎng)的水平分量。
問(wèn)8：金屬桿只要沿水平方向自由下落可以嗎?
不行，必須要沿東西方向自由下落，因為水平分量是由南指向北的。
經(jīng)過(guò)以上討論和探究找到了實(shí)驗的方案：通過(guò)把導體棒放在摩托車(chē)上測出豎直分量;利用自由落體運動(dòng)測出水平分量(導體棒必須沿東西方向)。
實(shí)驗及數據整理階段：
在多方的共同努力，我們用一個(gè)下午的時(shí)間測得數據如下：
1.測豎直分量相關(guān)數據：導體長(cháng)度L=5.27m(把銅導線(xiàn)拉直后固定在竹竿上) 速度vxm=30km/h 總電阻R=135Ω 電流Im=10uA
計算得出：By=3×10-5T
2.測水平分量相關(guān)數據：導體長(cháng)度L=5.27m 總電阻R=135Ω 金屬桿自由下落高度h=3.95m 電流Im=15uA
Bx=4×10-5T
3.根據圖1可以算出本地地磁場(chǎng)的磁感強度B=5×10-5T，方向與水平方向所成夾角α=37°。
探究后談體驗：
本課題涉及知識多、跨度大，應用到了直線(xiàn)運動(dòng)、恒定電流、電磁感應和地磁場(chǎng)等知識，跨躍了力學(xué)與電學(xué)兩大板塊，對學(xué)生能力要求高，特別是綜合分析問(wèn)題的能力。將書(shū)本上的知識應用到解決實(shí)際問(wèn)題中去，在思維上是一個(gè)飛躍，是一個(gè)再創(chuàng )造的過(guò)程，因此本課題大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng )新精神。利用身邊器材做一些小實(shí)驗甚至是意想不到的“大實(shí)驗”，這不僅是創(chuàng )新精神的體現，同時(shí)也暗示了物理學(xué)科的樸實(shí)性，物理學(xué)不一定都是那么深奧難懂，并且與我們的生活息息相關(guān)。學(xué)生親自查找資料、設計方案、動(dòng)手實(shí)驗和處理數據，實(shí)實(shí)在在經(jīng)過(guò)了一個(gè)探究過(guò)程，在探究過(guò)程中增添了學(xué)生學(xué)習物理的興趣;也磨練了學(xué)生的意志，學(xué)生體會(huì )到了在科學(xué)探究中不是一番風(fēng)順的，有很多曲折要多次反復才可能獲得成功。
從教學(xué)上看，我們感受到了新一輪課改帶給教師理念上的沖擊是巨大的，如果不改變過(guò)去那種以教師為中心忽略學(xué)生自身學(xué)習能動(dòng)性的教學(xué)方法，不僅被時(shí)代所淘汰更主要是被學(xué)生所唾棄!在這次探究活動(dòng)中，我們發(fā)現平常物理基礎很差或學(xué)習物理興趣不濃的同學(xué)也表現得非常突出，盡管他們沒(méi)有提出什么有效的方法，但在實(shí)驗中他們是最熱心的一群，在探究結束時(shí)我們也看到了從他們臉上泛出的欣慰的笑容……當然，探究式教學(xué)不一定都要以一個(gè)課題的形式呈現出來(lái)，一個(gè)概念的引入、一種方法的形成、一個(gè)典型例題的講解都可以成為探究的內容，形式是不拘一格的，能用時(shí)就用，而且一定要用好。
因此，實(shí)施這個(gè)課題后，學(xué)生不僅從知識掌握上，還是能力的培養上，抑或是情感的體驗上帶給他們的影響應該是深遠的甚至是刻骨的，而對教師的影響同樣是深遠甚至是劃時(shí)代的!
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